JP6978865B2 - Fluid control device, fluid control method, and program for fluid control device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば半導体製造装置において各種ガスの流体量をパルス制御するために用いられる流体制御装置に関するものである。 The present invention relates to, for example, a fluid control device used for pulse controlling the amount of fluid of various gases in a semiconductor manufacturing device.
例えば半導体の成膜装置の一種である原子層堆積装置(ALD(Atomic Layer Deposition))においては、成分ガスと水蒸気ガスを交互に短時間だけ導入して、オングストローム単位の膜厚で成膜を実現する事が意図されている。 For example, in an atomic layer deposition device (ALD (Atomic Layer Deposition)), which is a type of semiconductor film forming device, component gas and steam gas are alternately introduced for a short period of time to realize film formation with a film thickness in angstrom units. Is intended to be done.
このため、例えば1原子分の膜が成膜されるのに必要な流量の各種ガスを成膜チャンバ内へ導入できるように、成膜チャンバ内に導入される各種ガスの流量を制御するマスフローコントローラは、パルス制御によって駆動される(特許文献1)。 Therefore, for example, a mass flow controller that controls the flow rate of various gases introduced into the film forming chamber so that various gases required for forming a film for one atom can be introduced into the film forming chamber. Is driven by pulse control (Patent Document 1).
このようなパルス制御で駆動されるマスフローコントローラは、流路に設けられた抵抗体と、前記抵抗体の下流側に設けられるバルブと、前記バルブを開放させるオン期間と、前記バルブを閉鎖させるオフ期間と、を交互に前記バルブに繰り返させる制御機構、とを備えている。より具体的には、前記マスフローコントローラは、オフ期間において前記抵抗体と前記バルブとの間の流路の内部容積に対してガスを流入させ、所定圧力となるようにチャージして、オン期間においては内部容積にチャージされたガスをバルブの下流側へと流す。 The mass flow controller driven by such pulse control includes a resistor provided in the flow path, a valve provided on the downstream side of the resistor, an on period for opening the valve, and an off period for closing the valve. It is provided with a control mechanism for alternately repeating the period and the valve. More specifically, the mass flow controller causes gas to flow into the internal volume of the flow path between the resistor and the valve during the off period, charges the gas to a predetermined pressure, and is charged during the on period. Flows the gas charged in the internal volume to the downstream side of the valve.
さらに、前記バルブは、自身の開度を実測するための変位センサを具備しているとともに、前記制御機構は、前記オン期間においては、前記変位センサで測定される実測開度が、流すべきガスの流量に相当する設定開度と一致するように前記バルブの開度フィードバック制御を行うように構成されている。 Further, the valve is provided with a displacement sensor for measuring its own opening degree, and the control mechanism has a gas to which the measured opening degree measured by the displacement sensor flows during the on period. It is configured to perform the opening feedback control of the valve so as to match the set opening corresponding to the flow rate of.
しかしながら、本願発明者が鋭意検討を行ったところ、上記のように開度フィードバック制御を行っても、特にパルス幅が短い場合には実際に前記バルブの下流側に流れる流量は想定されている流量に対して誤差が発生していることが見出された。すなわち、単純な開度フィードバックだけでは、例えば原子層堆積装置において要求されている流量精度を実現することは難しい。 However, as a result of diligent studies by the inventor of the present application, even if the opening feedback control is performed as described above, the flow rate actually flowing to the downstream side of the valve is assumed to be, especially when the pulse width is short. It was found that there was an error with respect to. That is, it is difficult to achieve the flow rate accuracy required for, for example, an atomic layer deposition apparatus only by simple opening feedback.
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、パルス制御において各オン期間にバルブを通過する流体の流量又は圧力について従来よりも高い制御精度を実現できる流体制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a fluid control device capable of achieving higher control accuracy than before with respect to the flow rate or pressure of the fluid passing through the valve during each on period in pulse control. With the goal.
すなわち、本発明に係る流体制御装置は、流体が流れる流路に設けられた抵抗体と、前記流路において前記抵抗体よりも下流側に設けられた第1バルブと、前記流路において前記抵抗体と前記第1バルブとの間に設けられ、前記抵抗体と前記第1バルブとの間の内部容積における流体の圧力を測定する圧力センサと、前記第1バルブを制御する制御機構と、を備え、前記制御機構が、前記第1バルブに対して所定のパルス高さ、及び、所定のパルス幅を有するパルス信号を入力するパルス信号生成器と、前記圧力センサで測定される圧力値に基づいて、前記第1バルブを開放させるオン期間に前記内部容積において生じた圧力降下量の時間積分値をフィードバック値として算出するフィードバック値算出部と、前記フィードバック値と、基準値との偏差に基づいて、前記パルス信号生成器から前記第1バルブに入力されるパルス信号について補正する信号補正部と、を備えたことを特徴とする。 That is, the fluid control device according to the present invention has a resistor provided in the flow path through which the fluid flows, a first valve provided on the downstream side of the resistor in the flow path, and the resistance in the flow path. A pressure sensor provided between the body and the first valve to measure the pressure of the fluid in the internal volume between the resistor and the first valve, and a control mechanism for controlling the first valve. The control mechanism is based on a pulse signal generator that inputs a pulse signal having a predetermined pulse height and a predetermined pulse width to the first valve, and a pressure value measured by the pressure sensor. Then, based on the feedback value calculation unit that calculates the time-integrated value of the pressure drop amount generated in the internal volume as the feedback value during the on period when the first valve is opened, and the deviation between the feedback value and the reference value. A signal correction unit for correcting a pulse signal input from the pulse signal generator to the first valve is provided.
本願発明者が初めて見出した知見によると、従来のようにバルブの開度を実測し、開度フィードバックにより、前記第1バルブをパルス制御した場合と比較して、オン期間における圧力降下量の時間積分値をフィードバックして前記第1バルブをパルス制御したほうが、実現される流量又は圧力の制御精度を向上させることができる。 According to the findings found for the first time by the inventor of the present application, the time of the pressure drop amount in the on period is compared with the case where the opening degree of the valve is actually measured and the first valve is pulse-controlled by the opening degree feedback as in the conventional case. It is possible to improve the realized flow rate or pressure control accuracy by feeding back the integrated value and performing pulse control of the first valve.
また、オン期間における圧力降下量の時間積分値と、前記第1バルブを通過する流体の流量とは良い線形性を示し、制御量として開度よりも扱いやすい。 Further, the time integral value of the pressure drop amount during the on period and the flow rate of the fluid passing through the first valve show good linearity, and are easier to handle as the control amount than the opening degree.
このような制御特性が得られるのは、開度をフィードバックしている場合には前記第1バルブの上流側の圧力が変動していても、そのような情報や実際に流れている流量に関連している値がフィードバックされず、誤差が発生するのに対して、圧力降下量の時間積分値であれば実際に流れている流量に関連する値であるため発生している流量誤差をフィードバックし補正できるからであると考えられる。 Such control characteristics are obtained in relation to such information and the actual flow rate even if the pressure on the upstream side of the first valve fluctuates when the opening is fed back. While the value is not fed back and an error occurs, if it is a time integral value of the pressure drop amount, it is a value related to the actual flow rate, so the generated flow rate error is fed back. It is thought that this is because it can be corrected.
各オン期間において目標流量ができる限り保たれるようにするには、前記基準値が、前記第1バルブを通過する流体の流量が目標流量となる場合における圧力降下量の時間積分値の実績値であればよい。 In order to maintain the target flow rate as much as possible in each on period, the reference value is the actual value of the time integral value of the pressure drop amount when the flow rate of the fluid passing through the first valve becomes the target flow rate. It should be.
例えば、ALD等においてレシピが終了するまでの時間については変更せずに、各パルスが入力された時に流れる流体の流量を一定にして、生成される膜厚が一定になるようにするには、前記信号補正部が、前記フィードバック値と前記基準値との偏差が小さくなるように前記パルス信号のパルス幅を一定にしたままパルス高さを変更するように構成されたものであればよい。このようなものであれば、成膜プロセスに係る時間は予定通りにして単位時間当たりの処理数を保ったまま高品質の成膜を実現できる。 For example, in order to make the flow rate of the fluid flowing when each pulse is input constant and to make the generated film thickness constant without changing the time until the recipe is completed in ALD or the like. The signal correction unit may be configured to change the pulse height while keeping the pulse width of the pulse signal constant so that the deviation between the feedback value and the reference value becomes small. With such a case, it is possible to realize high-quality film formation while maintaining the number of processes per unit time by setting the time required for the film formation process as scheduled.
各オン期間において前記第1バルブを通過する流体の流量又は圧力を一定に保つための別の制御態様としては、前記信号補正部が、前記フィードバック値と前記基準値との偏差が小さくなるように前記パルス信号のパルス高さを一定にしたままパルス幅を変更するように構成されたものが挙げられる。 As another control mode for keeping the flow rate or pressure of the fluid passing through the first valve constant during each on period, the signal correction unit makes the deviation between the feedback value and the reference value small. Examples thereof include those configured to change the pulse width while keeping the pulse height of the pulse signal constant.
前記第1バルブの上流側である前記内部容積での流体の圧力を各オン期間が開始される前に所定の圧力で保たれるようにして、各オン期間において前記第1バルブを通過する流体の流量又は圧力の変動がより生じにくくするには、前記抵抗体が、開度が制御可能な第2バルブであって、前記制御機構が、前記第1バルブを閉鎖させるオフ期間において、前記圧力センサで測定される圧力値と、設定圧力値との偏差が小さくなるように前記第2バルブを制御する第2バルブ制御部をさらに備えたものであればよい。また、このようなものであれば、より広い流量レンジに対して、圧力降下量の時間積分値は高い線形性を示すようになるので、1つの校正曲線だけでも制御レンジを広く取ることが可能となる。 The pressure of the fluid at the internal volume on the upstream side of the first valve is maintained at a predetermined pressure before the start of each on period, and the fluid passes through the first valve during each on period. In order to make the fluctuation of the flow rate or the pressure less likely to occur, the resistor is a second valve whose opening degree can be controlled, and the pressure is in the off period when the control mechanism closes the first valve. It may be further provided with a second valve control unit that controls the second valve so that the deviation between the pressure value measured by the sensor and the set pressure value becomes small. In addition, if it is such a thing, the time integral value of the pressure drop will show high linearity for a wider flow rate range, so it is possible to take a wide control range with only one calibration curve. Will be.
前記第1バルブがパルス制御により想定されている通りに動作しているかどうかをモニタリングできるようにするには、前記第1バルブが、その開度を測定する変位センサをさらに具備するものであればよい。 In order to be able to monitor whether or not the first valve is operating as expected by pulse control, if the first valve is further equipped with a displacement sensor for measuring its opening degree. good.
本発明に係る別の態様の流体制御装置としては、流体が流れる流路に設けられた抵抗体である第2バルブと、前記流路において前記抵抗体よりも下流側に設けられた第1バルブと、前記流路において前記抵抗体と前記第1バルブとの間に設けられ、前記抵抗体と前記第1バルブとの間の内部容積における流体の圧力を測定する圧力センサと、前記第1バルブを開放させるオン期間と、前記第1バルブを制御する制御機構と、を備え、前記第1バルブが、その開度を測定する変位センサをさらに具備し、前記制御機構が、前記第1バルブを閉鎖させるオフ期間において、前記圧力センサで測定される圧力値と、設定圧力値との偏差が小さくなるように前記第2バルブを制御する第2バルブ制御部と、前記第1バルブに対して所定のパルス高さ、及び、所定のパルス幅を有するパルス信号を入力するパルス信号生成器と、前記第1バルブを開放させるオン期間において前記変位センサで測定される測定開度と、予め定められた設定開度との偏差に基づいて、前記パルス信号生成器から前記第1バルブに入力されるパルス信号を補正する信号補正部と、を備えたものが挙げられる。 As another aspect of the fluid control device according to the present invention, a second valve which is a resistor provided in the flow path through which the fluid flows and a first valve provided in the flow path on the downstream side of the resistor. A pressure sensor provided between the resistor and the first valve in the flow path and measuring the pressure of the fluid in the internal volume between the resistor and the first valve, and the first valve. The first valve further comprises a displacement sensor for measuring the opening degree of the first valve, and the control mechanism controls the first valve. During the off period for closing, the second valve control unit that controls the second valve so that the deviation between the pressure value measured by the pressure sensor and the set pressure value becomes smaller, and the first valve are predetermined. The pulse height and the pulse signal generator that inputs the pulse signal having a predetermined pulse width, and the measurement opening measured by the displacement sensor during the on period when the first valve is opened are predetermined. An example includes a signal correction unit that corrects a pulse signal input from the pulse signal generator to the first valve based on a deviation from the set opening degree.
このようなものであれば、開度フィードバックにより前記第1バルブをパルス制御する場合であっても、前記内部容積の圧力が前記オフ期間において所定の圧力で保たれるように流体がチャージされるので、オン期間に前記第1バルブを通過する流体の流量又は圧力の制御精度を従来よりも向上させることができる。 In such a case, the fluid is charged so that the pressure of the internal volume is maintained at a predetermined pressure during the off period even when the first valve is pulse-controlled by the opening feedback. Therefore, the control accuracy of the flow rate or the pressure of the fluid passing through the first valve during the on period can be improved as compared with the conventional case.
流体が流れる流路に設けられた抵抗体と、前記流路において前記抵抗体よりも下流側に設けられた第1バルブと、前記流路において前記抵抗体と前記第1バルブとの間に設けられ、前記抵抗体と前記第1バルブとの間の内部容積における流体の圧力を測定する圧力センサと、を備えた流体制御装置を用いた流体制御方法であって、前記第1バルブを制御する制御ステップを備え、前記制御ステップが、前記第1バルブに対して所定のパルス高さ、及び、所定のパルス幅を有するパルス信号を入力するパルス信号生成ステップと、前記圧力センサで測定される圧力値に基づいて、前記第1バルブを開放させるオン期間に前記内部容積において生じた圧力降下量の時間積分値をフィードバック値として算出するフィードバックステップと、前記フィードバック値と、基準値との偏差に基づいて、前記フィードバック値が算出された後に前記パルス信号生成器から前記第1バルブに入力されるパルス信号を補正する信号補正ステップと、を備えた流体制御方法を用いれば、開度フィードバックにより第1バルブをパルス制御した場合よりも高い精度で流量又は圧力を制御することができる。 A resistor provided in the flow path through which the fluid flows, a first valve provided in the flow path on the downstream side of the resistor, and provided between the resistor and the first valve in the flow path. It is a fluid control method using a fluid control device including a pressure sensor for measuring the pressure of the fluid in the internal volume between the resistor and the first valve, and controls the first valve. A control step includes a pulse signal generation step in which a pulse signal having a predetermined pulse height and a predetermined pulse width is input to the first valve, and a pressure measured by the pressure sensor. Based on the value, the feedback step of calculating the time-integrated value of the pressure drop amount generated in the internal volume during the on period when the first valve is opened as the feedback value, and the deviation between the feedback value and the reference value. If a fluid control method including a signal correction step for correcting a pulse signal input from the pulse signal generator to the first valve after the feedback value is calculated is used, the first is performed by opening feedback. The flow rate or pressure can be controlled with higher accuracy than when the valve is pulse controlled.
既存の流体制御装置についてプログラムをアップデートするだけで、本発明に係る流体制御装置と同様の効果を奏し得るようにするには、流体が流れる流路に設けられた抵抗体と、前記流路において前記抵抗体よりも下流側に設けられた第1バルブと、前記流路において前記抵抗体と前記第1バルブとの間に設けられ、前記抵抗体と前記第1バルブとの間の内部容積における流体の圧力を測定する圧力センサと、前記第1バルブを開放させるオン期間と、前記第1バルブを制御する制御機構と、を備え、前記制御機構がコンピュータと、前記第1バルブに対して所定のパルス高さ、及び、所定のパルス幅を有するパルス信号を入力するパルス信号生成器と、を備えた流体制御装置に用いられる流体制御プログラムであって、前記圧力センサで測定される圧力値に基づいて、前記第1バルブを開放させるオン期間に前記内部容積において生じた圧力降下量の時間積分値をフィードバック値として算出するフィードバック値算出部と、前記フィードバック値と、基準値との偏差に基づいて、前記フィードバック値が算出された後に前記パルス信号生成器から前記第1バルブに入力されるパルス信号を補正する信号補正部と、としての機能をコンピュータに発揮させる流体制御装置用プログラムを用いればよい。 In order to obtain the same effect as the fluid control device according to the present invention only by updating the program for the existing fluid control device, the resistor provided in the flow path through which the fluid flows and the flow path are described. A first valve provided on the downstream side of the resistor and an internal volume provided between the resistor and the first valve in the flow path and between the resistor and the first valve. A pressure sensor for measuring the pressure of the fluid, an on period for opening the first valve, and a control mechanism for controlling the first valve are provided, and the control mechanism is predetermined for the computer and the first valve. A fluid control program used in a fluid control device including a pulse signal generator for inputting a pulse signal having a pulse height and a predetermined pulse width, and the pressure value measured by the pressure sensor. Based on the feedback value calculation unit that calculates the time-integrated value of the pressure drop amount generated in the internal volume during the on period when the first valve is opened as the feedback value, and the deviation between the feedback value and the reference value. If a fluid control device program that causes the computer to exert its function as a signal correction unit that corrects the pulse signal input from the pulse signal generator to the first valve after the feedback value is calculated is used. good.
なお、流体制御装置用プログラムは、電子的に配信されるものであってもよいし、CD、DVD,HDD、フラッシュメモリ等のプログラム記憶媒体に記憶されたものであっても構わない。 The program for the fluid control device may be electronically distributed or may be stored in a program storage medium such as a CD, DVD, HDD, or flash memory.
このように本発明に係る流体制御装置によれば、オン期間における圧力降下量の時間積分値に基づいて前記第1バルブの開度がパルス制御されるので、開度そのものをフィードバックしてパルス制御する場合と比較して、オン期間に前記第1バルブを通過する流体の流量又は圧力の制御精度を向上させることができる。したがって、各オン期間において各種ガスを必要な微小量だけ成膜チャンバに正確に供給することが可能となり、例えばALD等において高精度の成膜を実現できるようになる。 As described above, according to the fluid control device according to the present invention, the opening degree of the first valve is pulse-controlled based on the time-integrated value of the pressure drop amount during the on period, so that the opening degree itself is fed back and pulse-controlled. It is possible to improve the control accuracy of the flow rate or pressure of the fluid passing through the first valve during the on period. Therefore, it is possible to accurately supply various gases to the film forming chamber in a required minute amount during each on-period, and it is possible to realize highly accurate film forming in, for example, ALD.
<第1実施形態の構成>
本発明の第1実施形態に係る流体制御装置100について図1乃至図5を参照しながら説明する。第1実施形態の流体制御装置100は、図1に示すように、原子層堆積装置200(ALD)の成膜チャンバCHに対して各種ガスをパルス制御によって間欠的に供給するものである。前記流体制御装置100は、成膜チャンバCHに連通する第1ガス供給流路L1と、第2ガス供給流路L2にそれぞれ1つずつ設けてある。第1ガス供給流路L1は、例えばプリカーサと呼ばれるTMA等の成分ガスを前記成膜チャンバCH内に供給するためのものであり、第2ガス供給流路L2は、例えば水蒸気ガスを前記成膜チャンバCH内に供給するためものである。
<Structure of the first embodiment>
The
第1ガス供給流路L1と、第2ガス供給流路L2に設けられている各流体制御装置100は、パルス制御のタイミングがずらしてあり、成膜チャンバCH内に成分ガスと水蒸気ガスが交互に供給する。また、各流体制御装置100は、1パルスにより前記成膜チャンバCH内に1原子分の厚みの層が形成されるのに必要十分な流量の各種ガスが供給されるように構成してある。
The pulse control timings of the
各流体制御装置100はほぼ同じ構成を有しているので、以下では1つの流体制御装置100に注目して、その詳細について図2を参照しながら説明する。
Since each
前記流体制御装置100は、流路に対して上流側から順番に抵抗体1、圧力センサ2、第1バルブ3が設けてあり、さらに前記圧力センサ2の出力に基づいて前記第1バルブ3をパルス制御する制御機構Cと、を備えたものである。
The
前記抵抗体1は、例えば流路内に流路抵抗を発生させるオリフィス等である。なお、第1実施形態では、オリフィスの内径は固定されており、流路抵抗が固定されるようにしてある。
The
前記圧力センサ2は、流路において前記抵抗体1と前記第1バルブ3との間の部分である内部容積5にある流体の圧力を測定するものである。
The
前記第1バルブ3は、例えばピエゾアクチュエータにより弁体を駆動し、弁体と弁材との間の隙間である開度を変更可能に構成してある。この第1バルブ3はさらに変位センサ4を内蔵しており、前記弁体の変位量を実測して開度を測定できるように構成してある。
The
前記制御機構Cは、前記第1バルブ3を制御するものであり、前記第1バルブ3を開放させるオン期間と、前記第1バルブ3を閉鎖させるオフ期間とを交互に前記第1バルブ3に繰り返させるものである。より具体的には、前記制御機構Cは、CPU、メモリ、A/D・D/Aコンバータ、入出力手段等を備えたいわゆるコンピュータであって、前記メモリに格納されている流体制御装置100用プログラムが実行されて、各種機器が協業することにより少なくともパルス信号生成器6、フィードバック値算出部7、信号補正部8としての機能を発揮するように構成してある。
The control mechanism C controls the
前記パルス信号生成器6は、前記第1バルブ3に対して所定のパルス高さ、及び、所定のパルス幅を有するパルス信号を入力する。第1実施形態では、前記パルス信号生成器6は、前記第1バルブ3のピエゾアクチュエータに対して、図3に示すような、所定周期ごとに電圧のパルス信号を入力するように構成してある。すなわち、前記パルス信号生成器6がパルス信号を前記第1バルブ3に対して入力している間は前記第1バルブ3が開放されるオン期間になり、各パルス信号の間であり前記第1バルブ3に対してパルス信号が入力されていない間は第1バルブ3が閉鎖されるオフ期間となる。また、パルス信号のパルス高さについては後述する補正部により逐次変更可能に構成してあるが、パルス幅、及び、パルス信号の周期については固定してある。パルス幅については例えば10msecオーダに設定してあり、周期については100msecオーダに設定してある。なお、パルス幅、パルス信号の周期については一例を示すものであり、用途に応じて適宜、任意の値に設定してもよい。
The
前記フィードバック値算出部7は、前記圧力センサ2で測定される圧力値に基づいて、オン期間に前記内部容積5において生じた圧力降下量の時間積分値をフィードバック値として算出する。すなわち、図4のグラフに示すように、前記第1バルブ3に対してパルス信号が入力され、前記第1バルブ3が開放されると内部容積5にチャージされているガスが前記第1バルブ3を通過し、内部容積5のガスの量が減少するため圧力降下が生じる。この圧力降下はパルス信号の入力が開始されて前記第1バルブ3が開放されてから、パルス信号の入力が終了して前記第1バルブ3が閉鎖されるまで継続する。第1実施形態ではフィードバック値は図4のグラフにおいてハッチング部分に相当する面積であり、例えば区分求積法によりこの圧力降下量の時間積分値は算出される。
The feedback
より具体的には、前記フィードバック値算出部7は、前記圧力センサ2で測定される圧力値を逐次記憶する圧力値記憶部71と、前記圧力値記憶部71に記憶されている圧力値に基づいて、圧力降下量の時間積分値を算出する積分値算出部72とを備えている。
More specifically, the feedback
前記圧力値記憶部71は、例えば前記パルス信号生成器6により前記第1バルブ3に対してパルス信号が入力された時点から終了する時点までの圧力値の時系列データを記憶するものである。
The pressure
前記積分値算出部72は、前記圧力値記憶部71に記憶されている圧力値の時系列データに基づいて、圧力降下量の時間積分値を算出する。例えば、前記積分値算出部72は、第1バルブ3にパルス信号が入力された時点での初期圧力値と、各時点で測定される圧力値との差にサンプリングタイムを乗じて区分求積法により図4のハッチング部分の面積を算出して、フィードバック値として出力する。
The integrated
前記信号補正部8は、前記フィードバック値と、基準値との偏差に基づいて、前記フィードバック値が算出された後に前記パルス信号生成器6から前記第1バルブ3に入力されるパルス信号について補正する。より具体的には、前記信号補正部8は、あるパルス信号が前記第1バルブ3に入力された際の圧力降下から算出されたフィードバック値と、基準値との偏差が小さくなるように、あるパルス信号の次に入力されるパルス信号のパルス高さを補正する。この際、前記信号補正部8は、前記パルス信号生成器6の設定を変更することで次回に出力されるパルス信号のパルス高さを変更する。つまり、前記信号補正部8によって前記パルス信号生成器6から出力されるパルス信号は、1回前に入力されたパルス信号により得られた圧力降下量の時間積分値によって逐次パルス高さが補正されることになる。
The
ここで、前記基準値は、予め定められた値であって、前記第1バルブ3を通過する流体の流量が目標流量となる場合における圧力降下量の時間積分値の実績値である。すなわち、1回のオン期間において成膜チャンバCHへ流したい目標流量に相当する圧力降下量の時間積分値を基準値として予め実験等により取得してある。
Here, the reference value is a predetermined value, and is an actual value of a time integral value of the pressure drop amount when the flow rate of the fluid passing through the
<第1実施形態の動作>
次に第1実施形態の流体制御装置100による流量のパルス制御に関する動作について図5のフローチャートを参照しながら説明する。
<Operation of the first embodiment>
Next, the operation related to the pulse control of the flow rate by the
まず、前記内部容積5に十分な圧力のガスがチャージされている状態から、前記流体制御装置100が、パルス制御による流量制御を開始する。すなわち、前記パルス信号生成器6は初期設定のパルス高さ、パルス幅でパルス信号を前記第1バルブ3に対して入力する(ステップS1)。
First, the
前記第1バルブ3は、前記パルス信号のパルス幅分に相当する所定時間の間、開放される(ステップS2)。前記第1バルブ3が開放されている間は前記内部容積5にチャージされているガスは、前記第1バルブ3を通過して成膜チャンバCHへと流れる。したがって、内部容積5にあるガスの圧力はオン期間の間、図4のグラフに示すように低下し続ける(ステップS3)。前記第1バルブ3へのパルス信号の入力が終了すると、前記第1バルブ3が閉鎖された状態が所定時間保たれる(ステップS4)。前記第1バルブ3が閉鎖されている間は、上流側から新たなガスが前記抵抗体1を通過して前記内部容積5内にチャージされ、ガスの圧力が上昇することになる(ステップS5)。
The
ステップS2からステップS7と並列して、前記フィードバック値算出部7は、前記第1バルブ3が開放されてから閉止されるまでのオン期間の間における圧力降下量の時間積分値をフィードバック値として算出する(ステップS6)。その後、前記信号補正部8は、フィードバック値と基準値との偏差に基づいて、前記パルス信号生成器6から次に出力されるパルス信号のパルス高さを補正する(ステップS7)。例えば、フィードバック値が基準値に対して小さい場合には、流量が足りないのでパルス高さが前回よりも高くなるように変更される。逆にフィードバック値が基準値に対して大きい場合には、流量が過剰な状態なので、パルス高さが前回よりも低くなるように変更される。
In parallel with steps S2 to S7, the feedback
次に前記パルス信号生成器6は、予め定められた規定数のパルス信号を出力したかどうかを判定し(ステップS8)、まだ規定数に到達していない場合には、ステップS8で補正されたパルス高さを有するパルス信号を前回と同じパルス幅で前記第1バルブ3に対して入力する(ステップS9)。
Next, the
以降は、パルス信号が前記第1バルブ3に対して規定数入力されるまでの間はステップS2〜S10の動作が繰り返される。すべてのサイクルが完了した後、前記流体制装置の動作が終了される。
After that, the operations of steps S2 to S10 are repeated until a specified number of pulse signals are input to the
<第1実施形態の効果>
このように構成された第1実施形態の流体制御装置100によれば、オン期間における圧力降下量の時間積分値をフィードバック値として、前記第1バルブ3に入力されるパルス信号のパルス高さが逐次補正されるようにしているので、各オン期間において前記第1バルブ3を通過するガスの流量を目標流量で均一に保つことができる。
<Effect of the first embodiment>
According to the
より具体的には、図6のグラフに示すように、従来のように前記第1バルブ3の開度をフィードバックしてパルス制御する場合と比較して、第1実施形態のように圧力降下量の時間積分値をフィードバックしてパルス制御を行うと、フィードバックされる値と実際に流れる流量との間の線形性を従来よりも向上させることができる。したがって、従来のように開度を実測してフィードバックする場合と比較して、実際の流量の制御精度をより高めることができる。
More specifically, as shown in the graph of FIG. 6, the pressure drop amount as in the first embodiment is compared with the case where the opening degree of the
これらのことから、各パルス信号により前記第1バルブ3を通過させて成膜チャンバCH内に流入する各ガスの流量を例えば原子1個分の膜を形成するのに必要十分な量に調整することができ、高品質の成膜をALDにおいて実現できる。
Based on these facts, the flow rate of each gas that passes through the
また、前記信号補正部8はパルス高さのみを変更して前記第1バルブ3が開放されている状態において流れるガスの流量を調整し、パルス幅及び周期は固定しているので、例えば多数のサイクルを実施して、成膜チャンバCH内にガスを導入する場合でも開始から終了までにかかる時間は変化しない。すなわち、ALDにおいて設定されるレシピを流量の精度については高めつつ、プロセスタイムについては変化させず、高生産性を保つことができる。
Further, since the
<第2実施形態の構成>
次に本発明の第2実施形態に係る流体制御装置100について図7及び図8を参照しながら説明する。
<Structure of the second embodiment>
Next, the
第2実施形態の流体制御装置100は、第1実施形態と比較して、抵抗体1が第2バルブ1である点と、制御機構Cが前記第2バルブ1を制御する第2バルブ制御部9を備えている点が異なっている。具体的には、第2実施形態では前記第2バルブ1の開度を変更することにより内部容積5に対して流入する流体に対する流路抵抗を調整できるようにしてある。
In the
前記第2バルブ1は、前記第1バルブ3と同様にピエゾアクチュエータによって弁体を駆動し、弁座に対する弁体の位置である開度を変更可能に構成してある。
Similar to the
前記第2バルブ制御部9は、前記圧力センサ2により測定される内部容積5内のガスの圧力値に基づいて、前記第2バルブ1の開度を制御する。具体的には、前記圧力センサ2で測定される圧力値と、予め定められた設定圧力値との偏差が小さくなるように前記第2バルブ1に印加する電圧を制御する。ここで、設定圧力値は、目標流量を実現するために前記第1バルブ3にパルス信号を入力して開放させる時点で前記内部容積5が保っているべき圧力値である。第2実施形態では、前記第2バルブ1を制御することで、前記第1バルブ3が少なくとも開放される直前において同じ圧力が前記内部容積5にチャージされるように構成してある。
The second valve control unit 9 controls the opening degree of the
<第2実施形態の動作>
第2実施形態の流体制御装置100は、図8のフローチャートに示すように第1実施形態の流体制御装置100と同様のステップS1〜S9までの動作を行うが、ステップS1を実行する前の状態から全てのサイクルが完了するまでの間において、前記第2バルブ1を前記圧力センサ2で測定される圧力値が、設定圧力値となるように圧力フィードバックによる開度制御が継続される(ステップS0)。
<Operation of the second embodiment>
As shown in the flowchart of FIG. 8, the
<第2実施形態の効果>
このように構成された流体制御装置100であれば、前記第1バルブ3に対してパルス信号を入力してオン期間を実施する前に前記第2バルブ1によって前記内部容積5におけるガスの圧力を設定圧力値に保たれるようにしているので、各オン期間の開始時において前記第1バルブ3の前後の差圧を常に一定保てる。このため、パルス高さ以外の制御対象ではない物理量を一定に保てるので、各サイクルにおいて前記第1バルブ3を通過するガスの流量の制御精度をさらに向上させることができる。
<Effect of the second embodiment>
In the
次に本発明の第3実施形態に係る流体制御装置100について図9及び図10を参照しながら説明する。
Next, the
第3実施形態の流体制御装置100は、第2実施形態と比較して、第1バルブ3が圧力降下量の時間積分値をフィードバックするのではなく、変位センサ4で測定される実際の開度をフィードバックすることで制御される点が異なっている。
In the
より具体的には、第3実施形態の制御機構Cには第1及び第2実施形態におけるフィードバック値算出部7が省略してある。
More specifically, the feedback
さらに前記信号補正部8は、前記変位センサ4で測定される実際の開度と、予め定められた設定開度との偏差に基づいて、前記パルス信号生成器6から出力されるパルス信号のパルス高さを補正するように構成してある。具体的には、前記信号補正部8はあるパルス信号が出力された時の前記第1バルブ3の開度を前記変位センサ4で測定しておき、その実際の開度に基づいて次回のパルス信号のパルス高さを設定開度に近づくように前記パルス信号生成器6の設定を変更するように構成してある。
Further, the
前記設定開度は、例えば前記第1バルブ3の上流側が設定圧力に保たれており、下流側がほぼ真空に保たれている状態において目標流量を流すために必要な開度の実績値である。
The set opening degree is an actual value of the opening degree required for flowing the target flow rate in a state where the upstream side of the
<第3実施形態の流体制御装置100の動作>
第3実施形態の流体制御装置100の動作は、図8に示す第2実施形態の流体制御装置100の動作と比較して、ステップS6及びステップS7の動作のみが異なっている。すなわち、第3実施形態の流体制御装置100では、オン期間において前記第1バルブ3が実現している開度を前記変位センサ4で実測し(ステップS6’)、実際の開度と設定開度に基づいて次回に出力されるパルス信号のパルス高さの補正量を変更する。(ステップS7’)
<Operation of the
The operation of the
<第3実施形態の流体制御装置100の動作>
このように構成された第3実施形態の流体制御装置100であれば、前記第2バルブ1により内部容積5の圧力を設定圧力で保たれるようにしているので、開度フィードバックで第1バルブ3をパルス制御しても、従来よりも流量の制御精度を向上させることができる。
<Operation of the
In the
また、フィードバック値を算出するための積分等の演算を行わなくても良く、演算負荷が小さいので、パルス幅、及び、周期が短く、演算に掛けられる時間が短い場合でも十分に余裕を持って開度フィーバックができる。つまり、制御機構Cにおいて高速のCPU等を用いなくても各サイクルにおいて高精度に流量を制御できる。 In addition, it is not necessary to perform calculations such as integration to calculate the feedback value, and since the calculation load is small, there is sufficient margin even when the pulse width and period are short and the time required for calculation is short. Opening feedback is possible. That is, the flow rate can be controlled with high accuracy in each cycle without using a high-speed CPU or the like in the control mechanism C.
さらに、前記第2バルブ1により前記内部容積5におけるガスの圧力が一定に保たれるように制御されるので、前記第2バルブ1よりも上流側においてガスの圧力に変動が有ったとしても、そのような変動は前記第1バルブ3を通過するガスの流量の制御精度に対して影響がほとんど表れないようにできる。すなわち、流量制御のロバスト性を高くすることができる。加えて、広い流量レンジに対して開度と流量との間の線形性を実現できるので、例えば1つの校正曲線だけを同定するだけで、広いレンジにおいて流量制御を精度よく実現できる。
Further, since the
その他の実施形態について説明する。
各実施形態では、パルス信号のパルス高さを補正することで、各サイクルにおいて第1バルブを通過する流体の流量が一定値に保たれるようにしていたが、例えばパルス信号のパルス幅を補正することで流量制御を行うようにしてもよい。また、パルス高さとパルス幅の両方を補正することで各サイクルでの流量が一定に保たれるようにしてもよい。
Other embodiments will be described.
In each embodiment, the pulse height of the pulse signal is corrected so that the flow rate of the fluid passing through the first valve is kept constant in each cycle. However, for example, the pulse width of the pulse signal is corrected. By doing so, the flow rate may be controlled. Further, the flow rate in each cycle may be kept constant by correcting both the pulse height and the pulse width.
信号補正部において用いられる基準値については、予め定めておくのではなく、パルス制御を開始してからの数パルスを調整用パルスとして使用して設定してもよい。具体的には、パルス制御開始後の数パルスにおいて実測される圧力降下量の時間積分値が目標流量に相当する値となった場合のものを基準値としてもよい。また、パルス制御開始時の数パルスにおいてのみ圧力降下量の時間積分値がフィードバックされて、基準値と同じ時間降下量の積分値が実現できたら、以降については信号補正部を動作させずに同じパルス高さ、パルス幅で動作し続けるようにしてもよい。 The reference value used in the signal correction unit is not predetermined, but may be set by using several pulses after the start of pulse control as adjustment pulses. Specifically, the reference value may be a value when the time integral value of the pressure drop amount actually measured in several pulses after the start of pulse control becomes a value corresponding to the target flow rate. In addition, if the time integrated value of the pressure drop amount is fed back only in a few pulses at the start of pulse control and the integrated value of the same time drop amount as the reference value can be realized, the same applies thereafter without operating the signal correction unit. It may be continued to operate at the pulse height and the pulse width.
前記実施形態では、信号補正部はあるパルス信号に対して1つ前に出力されたパルス信号によるオン期間において発生した圧力降下量の積分値に基づいてパルス高さ、又は、パルス幅を補正していたが、例えば2つ前、3つ前に出力するパルス信号によるオン期間において発生した圧力降下量の積分値に基づいて現在出力するパルス信号を補正するように構成してもよい。また、あるパルス信号によるオン期間において生じている圧力降下量の積分値に基づいて、同じオン期間中にパルス信号のパルス高さ、又は、パルス幅を補正するようにしてもよい。例えばオン期間の前半において得られた圧力降下量の積分値に基づいて、基準値と比較し、オン期間の後半のパルス信号について補正するようにしてもよい。また、例えば圧力降下量の積分値を逐次算出しながら、同時にパルス信号のパルス高さを逐次変更するようにしてもよい。 In the above embodiment, the signal correction unit corrects the pulse height or the pulse width based on the integrated value of the pressure drop amount generated in the on period due to the pulse signal output immediately before a certain pulse signal. However, for example, the pulse signal currently output may be corrected based on the integrated value of the amount of pressure drop generated in the on period due to the pulse signal output two or three times before. Further, the pulse height or pulse width of the pulse signal may be corrected during the same on period based on the integrated value of the pressure drop amount generated in the on period due to a certain pulse signal. For example, based on the integrated value of the pressure drop obtained in the first half of the on period, it may be compared with the reference value and corrected for the pulse signal in the second half of the on period. Further, for example, the pulse height of the pulse signal may be sequentially changed while sequentially calculating the integrated value of the pressure drop amount.
流体制御装置は、第1バルブを通過する流体の流量を制御するものではなく、圧力を制御するものであっても構わない。 The fluid control device does not control the flow rate of the fluid passing through the first valve, but may control the pressure.
本発明に係る流体制御装置は、ALDに限られず様々な用途において流体をパルス供給するために用いても構わない。 The fluid control device according to the present invention may be used not only for ALD but also for pulse supply of fluid in various applications.
第1バルブ、第2バルブについてはピエゾアクチュエータを用いたものに限られず、ソレノイド等の様々なアクチュエータにより弁体を駆動するものであっても構わない。 The first valve and the second valve are not limited to those using a piezo actuator, and may be those in which the valve body is driven by various actuators such as a solenoid.
抵抗体についても流路抵抗を形成するものであればよく、各実施形態に記載したものに限られない。 The resistor may be any as long as it forms a flow path resistance, and is not limited to the one described in each embodiment.
圧力降下量の時間積分値を算出する方法については区分求積法に限られず、様々な方法で算出してもよい。例えば、オン期間の開始点と終了点における圧力値だけに基づき、三角形の領域の面積を圧力降下量の時間積分値の近似値として用いるようにしてもよい。 The method of calculating the time integral value of the pressure drop amount is not limited to the segmented quadrature method, and may be calculated by various methods. For example, the area of the triangular region may be used as an approximation of the time integral of the pressure drop, based only on the pressure values at the start and end points of the on period.
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の組み合わせや変形を行っても構わない。 In addition, various combinations and modifications of the embodiments may be performed as long as they do not contradict the gist of the present invention.
100・・・流体制御装置
1 ・・・抵抗体(第2バルブ)
2 ・・・圧力センサ
3 ・・・第1バルブ
4 ・・・変位センサ
5 ・・・内部容積
6 ・・・パルス信号生成器
7 ・・・フィードバック値算出部
71 ・・・圧力値記憶部
72 ・・・積分値算出部
8 ・・・信号補正部
9 ・・・第2バルブ制御部
100 ...
2 ・ ・ ・
Claims (8)
前記流路において前記抵抗体よりも下流側に設けられた第1バルブと、
前記流路において前記抵抗体と前記第1バルブとの間に設けられ、前記抵抗体と前記第1バルブとの間の内部容積における流体の圧力を測定する圧力センサと、
前記第1バルブを制御する制御機構と、を備え、
前記制御機構が、
前記第1バルブに対して所定のパルス高さ、及び、所定のパルス幅を有するパルス信号を入力するパルス信号生成器と、
前記圧力センサで測定される圧力値に基づいて、前記第1バルブが開放しているオン期間に前記内部容積において生じた圧力降下量の時間積分値をフィードバック値として算出するフィードバック値算出部と、
前記フィードバック値と、基準値との偏差に基づいて、前記パルス信号生成器から前記第1バルブに入力されるパルス信号を補正する信号補正部と、を備えた流体制御装置。 A resistor provided in the flow path through which the fluid flows, and
A first valve provided on the downstream side of the resistor in the flow path,
A pressure sensor provided between the resistor and the first valve in the flow path and measuring the pressure of the fluid in the internal volume between the resistor and the first valve.
A control mechanism for controlling the first valve is provided.
The control mechanism
A pulse signal generator that inputs a pulse signal having a predetermined pulse height and a predetermined pulse width to the first valve.
Based on the pressure value measured by the pressure sensor, the feedback value calculation unit calculates the time integral value of the pressure drop amount generated in the internal volume during the on period when the first valve is open as the feedback value.
A fluid control device including a signal correction unit that corrects a pulse signal input from the pulse signal generator to the first valve based on a deviation between the feedback value and a reference value.
前記制御機構が、
前記第1バルブを閉鎖させるオフ期間において、前記圧力センサで測定される圧力値と、設定圧力値との偏差が小さくなるように前記第2バルブを制御する第2バルブ制御部をさらに備えた請求項1乃至4いずれかに記載の流体制御装置。 The resistor is a second valve whose opening degree can be controlled.
The control mechanism
A claim further comprising a second valve control unit that controls the second valve so that the deviation between the pressure value measured by the pressure sensor and the set pressure value becomes small during the off period when the first valve is closed. Item 4. The fluid control device according to any one of Items 1 to 4.
前記第1バルブを制御する制御ステップを備え、
前記制御ステップが、
前記第1バルブに対して所定のパルス高さ、及び、所定のパルス幅を有するパルス信号を入力するパルス信号生成ステップと、
前記圧力センサで測定される圧力値に基づいて、前記第1バルブを開放させるオン期間に前記内部容積において生じた圧力降下量の時間積分値をフィードバック値として算出するフィードバックステップと、
前記フィードバック値と、基準値との偏差に基づいて、前記第1バルブに入力されるパルス信号を補正する信号補正ステップと、を備えた流体制御方法。 A resistor provided in the flow path through which the fluid flows, a first valve provided in the flow path on the downstream side of the resistor, and provided between the resistor and the first valve in the flow path. A fluid control method using a fluid control device comprising a pressure sensor for measuring the pressure of the fluid in the internal volume between the resistor and the first valve.
A control step for controlling the first valve is provided.
The control step
A pulse signal generation step of inputting a pulse signal having a predetermined pulse height and a predetermined pulse width to the first valve, and a pulse signal generation step.
Based on the pressure value measured by the pressure sensor, a feedback step of calculating the time integral value of the pressure drop amount generated in the internal volume during the on period when the first valve is opened as a feedback value, and a feedback step.
A fluid control method comprising: a signal correction step for correcting a pulse signal input to the first valve based on a deviation between the feedback value and a reference value.
前記圧力センサで測定される圧力値に基づいて、前記第1バルブを開放させるオン期間に前記内部容積において生じた圧力降下量の時間積分値をフィードバック値として算出するフィードバック値算出部と、
前記フィードバック値と、基準値との偏差に基づいて、前記パルス信号生成器から前記第1バルブに入力されるパルス信号を補正する信号補正部と、としての機能をコンピュータに発揮させる流体制御装置用プログラム。 A resistor provided in the flow path through which the fluid flows, a first valve provided in the flow path on the downstream side of the resistor, and provided between the resistor and the first valve in the flow path. It comprises a pressure sensor for measuring the pressure of the fluid in the internal volume between the resistor and the first valve, and a control mechanism for controlling the first valve, wherein the control mechanism is a computer and the first valve. A fluid control program used in a fluid control device including a pulse signal generator for inputting a pulse signal having a predetermined pulse height and a predetermined pulse width for one valve.
A feedback value calculation unit that calculates the time integral value of the pressure drop amount generated in the internal volume during the on period when the first valve is opened as a feedback value based on the pressure value measured by the pressure sensor.
For a fluid control device that causes a computer to function as a signal correction unit that corrects a pulse signal input from the pulse signal generator to the first valve based on the deviation between the feedback value and the reference value. program.
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